广州地铁A5型车车门系统故障树分析

2021-07-15沈金焕

轨道交通装备与技术 2021年3期

李锋沈金焕

(广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510710)

0 引言

地铁列车客室车门数量多且动作频繁，相对易出现故障。据不完全统计，在城市轨道车辆各部件中，车门引起的故障占车辆故障的60%以上[1]。目前故障树法在其他领域发展成熟，故引入到地铁列车车门系统故障分析中，以期预防车门系统故障，提高正线运营可靠度。

下文以广州地铁二号线A5型车客室车门为研究对象，结合故障树法分析车门系统故障，归纳故障各因素的概率重要度，对高概率进行故障分析和处理，进行参考预判，提前介入处理。

1 车门系统及其故障

1.1 车门系统介绍

广州地铁二号线A5型车客室车门采用了电动双开塞拉门，车门系统主要由电子门控单元、驱动装置、导向装置、承载装置、锁闭装置及操作装置等组成。图1所示为客室车门系统组成示意图。车门开启时，电机带动丝杆螺母副，引起携门架、长导柱等导向部件中的转臂动作，使门页在导向装置的引导下向外做摆出运动。在达到完全摆出状态后，导向装置控制门扇平行于车辆侧面直线运动，直到门页达到完全打开状态。车门关闭则是相反的过程。

1—电子门控单元组件；2—机构；3—安装架；4—紧急出口装置；5—隔离开关组件；6—紧急入口装置；7—下摆臂组件；8—左门扇；9—右门扇。图1 车门系统组成示意图

1.2 常见故障

1.2.1机械故障及处理

(1)机械尺寸参数故障

车门系统机械尺寸参数众多，如对中、V型、下挡销间隙、车门部件干涉等情况。参数调整不在规定范围内，在客流量大且集中时，由于车体挠度等因素影响，造成参数变化，引起车门故障，需调整参数至范围内。

(2)零部件损坏故障

零部件损坏可通过更换新件解决，若同一类零部件损坏率较大，则考虑是否存在系统设计问题或调整上的失误。

1.2.2电气故障及处理

(1)行程开关故障

故障现象为单个车门无法关闭，原因为关门行程开关在车门打开过程中出现故障或误动作，在关门时门控器收不到“门关好”信息。检查行程开关是否损坏，若损坏则更新，或检查行程开关是否安装过紧，过紧则重新调整。

(2)电子门控器故障

包括门控器硬件故障、突然死机等，处理方法为检查软件版本是否为最新，检查接线是否异常，检查其本身是否损坏等。

(3)车门电机故障

故障现象为车门不动作、车门动作一段时间后停止运动等，解决方法为检查车门电机各处接线是否松动或损坏，检查电机皮带、联轴器是否异常，检查其本身是否故障等。

2 车门系统故障树法分析

2.1 故障树法概念与构建

故障树法即基于树形结构形象表达系统故障的影响因素构成的一种逻辑分析算法，树形结构表达直观明了，是现今应用广泛的故障分析方法，由顶事件、中间事件和基本事件组成，把故障表现及其原因间的互相联系以不一样的层次事件形成树形构造网络，能够定性、定量分析[2]。

通过收集统计广州地铁A5型车客室车门系统故障历史数据，利用故障树法构建车门系统故障树示意图，如图2所示。

图2 车门系统故障树示意图

以此类推，从理论层面去剖析，从一个可能的故障开始，自上而下、一层层寻找车门故障的直接原因和间接原因事件，直至找到基本原因事件。

2.2 故障树法定性分析

如表1所示，对故障树法进行定性分析，基本事件设为K1K2……K29，不考虑各个基本事件的发生概率或各个基本事件的发生概率都相等的前提下，按事故发生的因果关系得出导致顶事件发生的最小事件组合。

表1 车门系统故障树最小事件组合

2.3 故障树法定量分析

(1)概率重要度

对故障树法进行定量计算，得到所有基本事件出现的概率重要度。概率重要度即体现某一个内部单元由故障状态(表示“1”)回到正常状态(表示“0”)之时，该系统减小的不可靠度的数值。即某一个内部的单元出现故障之时引起该系统出现故障的概率程度。假设第K个单元，则其概率重要度

Ik=FS(Fk=1)-FS(Fk=0)

(1)

式中：Fk为第K个单元的不可靠度，FS(Fk=1)为第K个单元出现故障时该系统出现故障的概率，FS(Fk=0)为第K个单元出现正常工作时该系统出现故障的概率。

概率重要度反映的是各类故障因素发生的概率对于顶事件即车门系统故障发生概率的重要度。概率重要度可表现各因素对车门系统故障的影响程度，数值越大影响越大。

(2)概率重要度的模糊集合运算

借助模糊集合进行故障树定量分析计算，得到所有基本事件出现的概率重要度。

设P=(a，m，b)三角模糊数，0≤a≤m≤b，设故障树T的结构函数为φ(K1，K2,……，Kn)，事件Ki概率分布为PKi=(i=1,2，……，n)，顶事件为T，根据模糊集合运算：

基本事件Ki的概率重要度为

(2)

如果V(PT，PTi)≥V(PT，PTj)则事件Ki对系统发生故障失效的影响程度更大些。

(3)车门系统概率重要度及参考值

由表1及模糊集合运算公式计算，统计车门系统故障，得到车门系统故障出现概率对于顶事件出现的概率重要度，如表2所示。

表2 车门系统故障概率重要度

将概率重要度的数值代入公式(3)计算其几何平均值(表现连续作业时产品的平均合格率)。车门系统故障因素概率重要度的几何平均值作为参考值，可表现列车运营时车门系统故障平均合格率。

(3)

式中：Gn为几何平均值，xi为各因素概率重要度数值，n为各因素的个数。通过公式(3)得到车门系统故障的概率重要度几何平均值为0.016 1。即各类车故障因素发生概率对于车门系统故障发生概率的平均水平为0.016 1。设定该值作为参考警戒值，当某一故障发生的概率重要度不小于0.016 1时预警，对该故障发生的部件，采取工艺优化、普查整改等措施，提前预防，减少或避免该故障的发生。

3 故障树法可行性验证

如表2所示，车门系统故障因素的概率重要度大于参考值0.016 1的基本事件有多项。广州地铁二号线A5型车近两年正线出现6次螺母副翻转不到位故障，有4次故障造成列车晚点，故以概率重要度数值为0.026 4的螺母副翻转不到位故障为例，分析结构与原理，根据其故障危害度，制定相应的普查整改措施，提前预防。

3.1 螺母副工作原理

从螺母副工作原理分析，以车门锁闭功能为例，车门从未锁到锁闭位置时，螺母副撞块与螺母座的角度发生变化，同时丝杆相对于螺母座产生转动，螺母副滚动销就进入变导程丝杆的锁闭段，此时车门机械锁闭。撞块触发锁到位行程开关可表征车门机械锁闭，如图3、图4所示。

图3 锁到位开关和左旋螺母(带撞块)

图4 左旋螺母位置示意图(左侧为未锁闭，右侧为锁闭)

3.2 螺母副翻转不到位

图5所示为撞块翻转位置示意图，左为翻转不到位示意图，右为翻转到位示意图。根据螺母副工作原理分析，造成撞块不能翻转到位的原因有以下几个：

图5 撞块翻转位置示意图

(1)螺母组件内塑料螺母磨损。塑料螺母磨损为螺母副撞块翻转不到位的主要原因，关门时门页驱动塑料螺母，塑料螺母驱动丝杆，而在关门到位位置，关门的持续保持力会降低，车门抵抗护指胶条压缩的反弹力减弱，造成丝杆转动的力矩降低，加之塑料螺母的磨损，造成螺母副撞块翻转不到位故障发生。

(2)螺母组件内扭簧转力矩不足。扭簧转力矩不足，直接影响螺母撞块翻转的角度不足，无法推动行程开关组件摆臂滚轮，导致无法释放行程开关信号。

(3)到位开关组件压簧压力较大。到位开关组件压簧压力较大时，车门关门或锁闭时，螺母副撞块难以推动行程开关组件摆臂滚轮而受阻，导致无法释放行程开关信号。

3.3 普查与整改

螺母副翻转不到位故障概率重要度大于参考值0.016 1，2017年7月起结合架修和系统修对螺母副进行专项普查与整改，措施如下：

(1)对其进行外观和状态的定期检查，利用窥视镜仔细检查塑料螺母的外观和状态，发现磨损及时更换。

(2)对扭簧使用情况进行定期检查，具体为：①手动关门至车门处于中部附近。②左旋螺母检查，面对车外站立，用手沿图6中左图所示方向转动塑料螺母或触发开关的撞块，然后释放，如果塑料螺母按照右图所示方向复位，则扭簧未失效，否则失效。③右旋螺母检查，面对车外站立，用手沿图6中左图所示方向转动塑料螺母或触发开关的撞块，然后释放，如果塑料螺母按照右图所示方向复位，则扭簧未失效，否则失效。④电动关闭车门的情况下，使用窥视镜检查关门时螺母副撞块，开关滚轮应停留在撞块凸台上，如图7所示。若检查开关滚轮不在撞板凸台上，则需调整撞块，旋松撞块安装螺母调整。